fMRI用于傷害性刺激加工網(wǎng)絡(luò)的可視化研究.pdf

1、本研究通過比較四種不同麻醉藥物腹腔注射，對比觀察麻醉效果及血流動力學(xué)、血?dú)庾兓接戇m合本研究的最佳腹腔注射麻醉藥物；調(diào)試并建立大鼠全腦的fMRI掃描序列參數(shù)、鼠腦空間標(biāo)準(zhǔn)化的方法：運(yùn)用fMRI腦功能成像技術(shù)觀察在重復(fù)的傷害性電刺激下，中樞傷害性刺激加工網(wǎng)絡(luò)的激活變化特點(diǎn)，為連續(xù)、動態(tài)的監(jiān)測傷害性刺激加工網(wǎng)絡(luò)提供方法學(xué)上的支持并奠定前期的試驗基礎(chǔ)，同時也為全麻藥物、鎮(zhèn)痛藥物中樞效應(yīng)的可視化監(jiān)測提供前期方法學(xué)上的探索。 第一部分不

2、同全麻藥物腹腔注射麻醉效果及血流動力學(xué)、血?dú)庾兓?目的：比較四種麻醉藥物腹腔注射麻醉效果及血流動力學(xué)、血?dú)庾兓_定適用本研究的最佳麻醉藥物。 方法：隨機(jī)表法將SD大鼠分為4組，每組12只。A組大鼠以丙泊酚腹腔注射麻醉，劑量80mg/kg；B組以氯胺酮腹腔注射麻醉，劑量75mg/kg；C組以2％戊巴比妥鈉腹腔注射麻醉，劑量40mg/kg；D組大鼠以10％水合氯醛腹腔注射麻醉，劑量300mg/kg。行鼠尾連續(xù)傷害性電刺激，

3、刺激參數(shù)：脈沖寬度300gs，恒定電流3.8mA(產(chǎn)生傷害性刺激電流)，刺激頻率3Hz。觀察在麻醉后10min、刺激后15min、30min、清醒后5min記錄體溫、呼吸、平均動脈壓、心率，經(jīng)股動脈抽血0.3ml檢測pH、PaO2、PaCO2，觀察麻醉后、電刺激期間的呼吸、心率、MAP及血?dú)獾母淖儭?結(jié)果： 1.四組大鼠麻醉前后體溫均維持在37℃-38℃之間。A組呼吸頻率在刺激后15min明顯低于清醒后呼吸頻率；C組、D

4、組呼吸頻率在麻醉后10min，均低于其他各時間點(diǎn)的呼吸頻率；B組大鼠各時間點(diǎn)的呼吸頻率穩(wěn)定，差異無統(tǒng)計學(xué)意義。A、C、D組大鼠麻醉后10min HR明顯低于清醒后心率；B組麻醉后及刺激期間心率明顯高于清醒后心率。A、C、D組麻醉后10min的MAP明顯低于刺激后15min、刺激后30min、清醒后30min的MAP；B組麻醉后及刺激期間MAP明顯高于清醒后MAP。 2.各組血pH值在各時間點(diǎn)均無明顯變化，差異無統(tǒng)計學(xué)意義。A、C

5、、D組的PaO2在麻醉后10min較清醒后明顯降低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。各組PaCO2在各時間點(diǎn)比較，差異無顯著性意義。C組麻醉后10min于其他各組同時間點(diǎn)比較PaO2明顯降低，PaCO2明顯增高。 3.D組的起效時間為(3.56±1.01)min，明顯較A、B、C組起效時間短，差異有統(tǒng)計學(xué)意義；C組的起效時間明顯較A組和B組起效時間短，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。D組的蘇醒時間為(76.54±15.48)min，明顯長于A、B、C組，差

6、異有統(tǒng)計學(xué)意義；C組的蘇醒時間明顯長于A組和B組。 結(jié)論：四種麻醉藥物腹腔注射，均安全有效，大鼠的HR、MAP、血?dú)夥治鼍谡７秶?0％水合氯醛300mg/kg腹腔注射麻醉效果確切，麻醉維持時間最長，麻醉期間呼吸、循環(huán)、血?dú)夥治鼋Y(jié)果穩(wěn)定，是大鼠磁共振掃描的很好的麻醉方法。 第二部分 fMRI用于傷害性刺激加工網(wǎng)絡(luò)的可視化研究 目的：本研究擬采用連續(xù)的fMRI成像方法，探討在全麻狀態(tài)不同麻醉間期傷害性電刺激時中

7、樞加工網(wǎng)絡(luò)的激活規(guī)律。 方法：根據(jù)經(jīng)皮電刺激的部位將SD大鼠隨機(jī)分為兩組，T組刺激鼠尾，LF組刺激左前爪。10％水合氯醛腹腔注射麻醉后行fMRI腦功能成像。采用組塊設(shè)計的fMRI試驗方法，每次fMRI成像共掃描110個全腦圖象，組成5個Block，每次掃描時間3分55秒。電刺激方由有靜息和刺激交替進(jìn)行，即：靜息30個scan，刺激10個scan，靜息30個scan，刺激10個scan，靜息30個scan。每次掃描結(jié)束后，間歇5m

8、in，行下一次掃描，刺激方式相同，重復(fù)掃描4個循環(huán)。采用SPM統(tǒng)計軟件行功能像分析處理，比較不同麻醉間期傷害性刺激中樞處理網(wǎng)絡(luò)的激活情況。 結(jié)果： 1各組試驗前后HR、MAP、血?dú)獾淖兓?2組試驗大鼠均順利完成試驗，實驗過程麻醉平穩(wěn)，連續(xù)4個循環(huán)的傷害性刺激頭動均在可以控制的范圍之內(nèi)。2組試驗前HR、MAP、pH、PaO2、PaCO2均處于同一水平，試驗結(jié)束時2組的HR、MAP均明顯高于試驗前，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

9、2組試驗前后的pH、PaO2、PaCO2均在正常范圍，差異無統(tǒng)計學(xué)意義。表明2組MRI掃描期間生理指標(biāo)處于穩(wěn)定狀態(tài)，大鼠腦血流的灌注均在同一水平，試驗數(shù)據(jù)具有可比性。 2不同麻醉間期鼠尾、左前爪傷害性刺激腦中樞激活情況 本研究表明，在不同的麻醉間期，對大鼠尾、左前爪行傷害性電刺激，腦中樞的激活均不完全一致。SPM統(tǒng)計參數(shù)圖在閾值0.005水平，傷害性電刺激在中樞激活的主要腦區(qū)包括：初級感覺皮質(zhì)、次級感覺皮質(zhì)、運(yùn)動皮質(zhì)、中

10、腦、紋狀體、視覺皮質(zhì)、前扣帶回、后扣帶回皮質(zhì)、丘腦、海馬、杏仁核、伏膈核、橋腦、延髓、下丘、小腦。 32組不同時間段各腦區(qū)激活發(fā)生率及激活腦區(qū)數(shù)目比較 本研究表明，2組不同時間段的各腦區(qū)激活的發(fā)生率不是完全一致的，廣義混合線性模型統(tǒng)計學(xué)分析可以得到：兩組Cg、Cpu、Hip、S II、Th在A時間段的激活率明顯高于D時間段，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；T組AN、Cerebellum在A時間段的激活率明顯高于D時間段

11、，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；LF組VC的激活率在A時間段的激活率明顯高于D時間段，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；LF組Th的激活率在A時間段的激活率明顯高于C時間段，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。廣義混合線性模型統(tǒng)計學(xué)分析兩組不同時間段激活數(shù)目情況：兩組D時間段的總的激活數(shù)目明顯低于A、B、C時間段，差異有統(tǒng)計學(xué)意義；兩組C時間段總的激活數(shù)目明顯低于A、B時間段，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。LF組的D時間段的激活數(shù)

12、目明顯低于同組A、B、C時間段，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；LF組的C時間段的激活數(shù)目明顯低于同組A、B時間段，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；LF組的B時間段的激活數(shù)目明顯低于同組A時間段，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。T組的D時間段的激活數(shù)目明顯低于同組A、B、C時間段，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。 42組不同麻醉間期fMRI圖像的組分析結(jié)果 SPM組分析結(jié)果：T組在不同麻醉間期均存在右側(cè)S I、

13、S II、后扣帶回皮質(zhì)(RSG)、杏仁核(AN)的激活，其中在A時間段還可以見到右側(cè)腹后外側(cè)丘腦核(ventral posterolateral thalamic nucleus，VPL)的激活；LF組在不同麻醉間期均存在伏膈核(AcASH)、右側(cè)S I、右側(cè)腹后外側(cè)丘腦核(ventral posterolateral thalamic nucleus，VPL)及后扣帶回皮質(zhì)(RSG)的激活；2組大鼠在D時間段各激活腦區(qū)的體積在四個時間

14、段中比較最小，提示在連續(xù)3個時間段的電刺激后，中樞對電刺激引起的軀體感覺傳導(dǎo)通路及加工網(wǎng)絡(luò)的BOLD信號響應(yīng)減弱。 52組A、D時間段激活差異比較 本研究運(yùn)用SPM的減法原則，分析2組A、D時間段激活的差異，在threshhold0.05水平，T組A時間段fMRI激活區(qū)減去D時間段tMRI激活區(qū)，有差異的激活區(qū)為蒼白球(ventral pallidum，VP)、左側(cè)S II、海馬CA1區(qū)(field CAl of the

15、 hippocampus，CA1)；LF組A時間段fMRI激活區(qū)減去D時間段fMRI激活區(qū)，有差異的激活區(qū)為基底外側(cè)杏仁核(BLA)、導(dǎo)水管灰質(zhì)(PAG)、中央杏仁核(CMe)、項蓋前核(anterior pretectal nucleus，APtn)。而2組D時間段fMRI激活區(qū)減去A時間段fMRI激活區(qū)，則基本沒有差異的激活。 結(jié)論： 不同麻醉間期、不同刺激部位大鼠中樞痛覺處理網(wǎng)絡(luò)的激活不完全一致。刺激鼠尾以右側(cè)S

16、I、S II、后扣帶回皮質(zhì)(RSG)、杏仁核(AN)的激活為主，刺激左前爪以伏膈核(AcbSH)、右側(cè)S I、右側(cè)腹后外側(cè)丘腦核(ventral posterolateral thalamic nucleus，VPL)及后扣帶回皮質(zhì)(RSG)為主。在傷害性刺激的早期，即有中樞下行抑制系統(tǒng)的激活，這些區(qū)域包括：蒼白球(ventral pallidum，VP)、左側(cè)S II、海馬CA1區(qū)(field CAl of the hippocamp

17、us，CA1)；基底外側(cè)杏仁核(BLA)、導(dǎo)水管灰質(zhì)(PAG)、中央杏仁核(CMe)、頂蓋前核(anterior pretectal nucleus，APtN)。在連續(xù)的經(jīng)皮電刺激后，中樞傷害性刺激加工網(wǎng)絡(luò)BOLD信號響應(yīng)會出現(xiàn)減弱的情況，這可能與中樞的痛覺下行調(diào)制系統(tǒng)的抗痛效應(yīng)有關(guān)。 S I、S II、后扣帶回皮質(zhì)(RSG)、杏仁核(AN)及伏膈核(AcbSH)、右側(cè)S I、右側(cè)腹后外側(cè)丘腦核(ventral postero